DE2843478C2 - Verfahren zur Herstellung von Hohlleitern für die Übertragung elektromagnetischer Wellen im Leitungszug integrierter Mikrowellen-Schaltungen - Google Patents

Description

a) auf eine Trägerplatte (1) aus elektrisch gut leitendem Material werden gut haftend Streifen (2, 3) aus dämpfungsarmem Material aufgebracht, deren Querschnittsabmessungen den Innenquerschnittsabinessungen des Hohlleiters entsprechen oder nach Aufbringen in eine entsprechende Querschnittsform gebracht werden,

b) auf die freiliegende Oberfläche der Streifen (2, 3) und die im Randbereich an sie angrenzenden Teile der Oberfläche der Trägerplatte wird eine durchgehende Schicht (5) aus elektrisch gut leitendem Material aufgebracht.

2. Verfahren zur Herstellung von Hohlleitern für die Übertragung elektromagnetischer Wellen im Leitungszug integrierter Mikrowellen-Schaltungsanordnungen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) auf eine Trägerplatte (1) aus elektrisch gut leitendem Material werden gut haftend Streifen (2,3) aufgebracht, deren Querschnittsabmessungen d~n Innenquerschnittsabmessungen des Hohlleiters entsprechen oder nach Aufbringen in eine entsprechende Querschnittsform gebracht werden, uno die aus einem vorzugsweise stärker dämpfenden M&.erial bestehen, das unter der Einwirkung von Metalle nicht angreifenden chemischen Mitteln oder von Wärme auflösbar oder verflüssigbar ist,

b) auf die freiliegenden Oberflächen der Streifen (2, 3) und die im Randbereich an sie angrenzenden Teile der Oberfläche der Trägerplatte wird eine durchgehende selbsttragende Schicht (5) aus elektrisch gut leitendem Material aufgebracht,

c) das Streifenmaterial wird aus seiner elektrisch gut leitenden Umhüllung entfernt.

3. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Verfahrensschritt a) auf die freiliegenden Oberflächen der Streifen (2, 3) weiterhin eine dünne Zwischenschicht (4) aus elektrisch gut leitendem Material aufgesprüht, aufgedampft oder durch Elektrolyse aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Verfahrensschritt a) die Oberfläche der Streifen (2,3) durch chemische Mittel, Elektrolyse oder Wärmeeinwirkung geglättet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verfahrensschritt a) die Oberfläche der Trägerplatte (1) poliert wird,

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Streifen Hochdruckpolyäthylen Verwendet wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlleitern für die Übertragung elektromagnetischer Wellen im Leitungszug integrierter Mikrowellen-Schaltungsanordnungen. Es handelt sich bei diesen Hohlleitern sowohl um verbindende Hohneiterabschnitte zwischen Schaltungselementen als auch um Höhlleiterabschnitte, die Bestandteile einzelner Schaltungselemente sind.

Hohlleiter und in Hohlleitertechnik hergestellte

ίο Bauelemente werden in der HochfrequenzUnhnik bei Frequenzen oberhalb von etwa 1 GHz zur Übertragung und'Verarbeitung von Signalen und Leistungen benutzt. Zur wirtschaftlichen Herstellung einer aus mehreren Bauelementen bestehenden Schaltung sollte die Anzahl der erforderlichen Arbeitsgänge klein sein. Im allgemeinen wird dieses erreicht durch unmittelbare Herstellung der gesamten Schaltung im Gegensatz zum getrennten Herstellen und anschließenden Aneinanderfügen der einzelnen Bauelemente. Die herkömmliche Hohlleitertechnik erlaubt eine solche Integration jedoch nicht (Zeitschrift »Microwaves« März 1976, Seiten 56—57). Man verwendet deshalb Streifenleitungs- und Mikrostreifenleitungsschaltungen bis zu Frequenzen von 20 GHz bis 30 GHz. Darüber hinaus sind sie jedoch zu verlustbehaftet.

Es sind deshalb verschiedene Vorschläge für andere

Wellenleitertypen gemacht worden, die eine Integration ermöglichen und oberhalb von 30 GHz einsetzbar sind:

»Insular-guide« und »image-guide« sind rechteckige dielektrische Streifen auf einer Metallunterlage (Zeitschrift »Microwaves« März 1976, Seiten 56—57). »Η-guide« ist ein »image-guide« mit zusätzlicher leitender Deckplatte, und »groove-guide« sind zwei sich gegenüberliegende Gräben in elektrisch leitenden, parallelen Platten mit geringem Abstand voneinander (Zeitschrift »The Radio and Electronic Engineer«, 1976, VoI 46, No. 8/9, Seiten 379-392). Bei diesen vier Wellenleitertypen sind die Streifen und Gräben z. B. mit photolithographischen Verfahren und Ätzen herstellbar. Damit ist dann eine Schaltunpsintegration möglich.

Die elektromagnetischen Felder der zur Übertragung

verwendeten Eigenwellen dieser vier Wellcnleitertypen sind zwar auf den Bereich des dielektrischen Streifens bzw. der Gräben konzentriert, aber weitere Feldanteile dehnen sich exponentiell abklingend beliebig weit zur Seite hin aus. Daher ist für den Fall, daß zwei benachbarte Wellenleiter nicht miteinander koppeln sollen, immer ein genügend großer Mindestabstand einzuhalten, was zu einer großen Schaltungsfläche führt.

Noch nachteiliger jedoch ist. daß die Eigenwellen von Wellenleitern dieser Art nur so schwach geführt werden, daß ζ. B. in topologisch bedingten Wellenleiterkrümmungen ein großer Teil der Energie abgestrahlt wird, was sowohl unerwünschte Interferenzen als auch erheblichen Leistungsverlust verursacht (Zeitschrift »Microwaves« März 1976, Seiten 56 — 57). Hohlleiterschaltungen haben diese Nachteile nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das eine unmittelbare Herstellung integrierter Schaltungen bestehend aus mehreren Bauelementen in Hohlleitertechnik für den Frequenzbereich über 30 GHz erlaubt, in dem Hohllei* ter bisher nicht m integrierten Schaltungen eingesetzt würden,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im ftennzeichnungsteil der Patentansprüche 1 bzw. 2 angeführten Verfahrensschritte gelöst. Das Verfahren gemäß dem Patentanspruch I ist anwendbar auf

Streifenmaterial, das dämpfungsarm ist. Ist das Streifenmaterial für elektromagnetische Wellen dagegen zu stark dämpfend oder selbst ein geeigneter elektrischer Leiter, wird es gemäß dem Patentanspruch 2 durch chemische Mittel oder Wärmeeinwirkung aus der elektriüch leitenden Einhüllung wieder entfernt.

Das Überziehen der Streifen mit einem elektrischen Leiter kann z. B. durch Aufsprühen, Aufdampfen, Elektrolyse oder Gießen erfolgen. Durch chemische Mittel, Elektrolyse oder Wärmeeinwirkung kann die Querschnittsfoi m der Streifen geändert und ihre Oberfläche geglättet werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen gegenüber der Streifenleitung und der Mikrostreifenleitung im Frequenzbereich über 30 GHz in der erheblich niedrigeren Dämpfung, die auch Hohlleitern mit etwa rechteckigem, rundem, halbrundem oder elliptischem Querschnitt eigen ist, wenn nur die Hohlleiterwände genügend glatt sind. Das kann bei Anwendung der Erfindung erreicht werden durch chemisches und elektrolytisches Polieren der Streifen oder durch Wärmeeinwirkung auf Streifen geeigneten Materials; bei genügend hohen Temperaturen werden di» Streuen dabei weich, verlaufen dann etwas und durch die Oberflächenspannung wird die Oberfläche geglättet. Die Oberflächenstruktur der Streifen überträgt sich später auf die Innenwände der Hohlleiter.

Gegenüber Wellenleitertypen wie »insular-guide«, »image-guide«, »Η-guide« und »groove-guide« hat die Erfindung den Vorteil, daß die Eigenwellenfelder der verwendeten Hohlleiter auf das Innere der Hohlleiter begrenzt sind und damit eine unerwünschte Kopplung zwischen benachbarten Wellenleitern auch bei geringem Abstand leicht vermeidbar ist. Als weitere Vorteile diesen Wellenleitertypen gegenüber sind zu erwarten, daß Verluste in Krümmungen auch mit kleinen Krümmungsradien genügend klein sein werden, wie es zum Beispiel von herkömmlichen Hohlleiterkrümmern her bekannt ist, und daß Abstrahlung in Krümmungen wegen der elektrisch leitenden Einhüllung ausgeschlossen ist

Als Vorteil der Erfindung gegenüber der herkömmlichen Hohlleiterschaltungstechnik, in der die Bauelemente einzeln gefertigt und anschließend über Flansche verschraubt werden, ist zunächst die unmittelbare Herstellbarkeit ganzer Schaltungen, die Integrationsmöglichkeit zu nennen. Weiterhin bhtet die Erfindung aber auch die Möglichkeit, noch bei so hohen Frequenzen mit der Hohlleitertechnik zu arbeiten, bei denen die erforderlichen Querschnittsabmessungen derart klein werden {>-1 mm), daß herkömmliche Hohlleiter nur noch schwierig zu handhaben sind; denn die Streifen in dieser E'findung können in ihren Querschnittsabmessungen durchaus kleiner gewählt werden.

Ein Richtkopplei als einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 Anordnung der Streifen auf einer Messingplatte,

Fig.2Schnitt A-A in Fig. 1,

F i g. 3 Frequenzgang des Richtkopplers.

Auf die polierte waagerechte Grundplatte 1 aus Messing werden, wie in Fig. 1 dargestellt, ein gerader Streifen 2 und ein gebogener Streifen 3 aus Hochdruckpolyäthylen mit rechteckigem Querschnitt von 5 mm χ 2 mm derart gelegt, daß sie eine gewisse Strecke dicht benachbart ( = 0,7 mm Abstand) parallel verlaufen. Diese Platte wird dann innerhalb von etwa 2 Stunden von 20°C auf 200⁰C erwärmt, so daß die Streifen weich werden, wegen der Oberflächenspannung eine glatte Oberfläche bilden und zur Seite hin etwas verlaufen, wobei sie in dem dicht benachbarten Bereich miteinander verschmelzen (F i g. 2b). Danach wird eine weniger als 1 μπι dicke Silberschicht 4 aufgedampft, die dann mit Kupfer 5 elektrolytisch verstärkt wird (Fig.2c). Anschließend werden die vier Enden 6, 7, 8, 9 (siehe Fig. 1), der Hohlleiter senkrecht zu den Hohlleiterachsen aufgesägt, so daß dort elektromagnetische Energie ein- und ausgekoppelt werden kann. Zur Messung des Übertragungsvernaltens dieses Ausführungsbeispiels wurden an diese Zugänge Recheckhohlleiter de? Typs R 320, mangels passender Übergänge zwischen den verschiedenen Querschnitten, stumpf darangesetzt. F i g. 3 zeigt die gemessene Dämpfung der Ausgangssignale in den Armen 7, 8 und 9 gegenüber der im Rechteckhohlleiter bei Arm 6 einteilenden Hi₀-WeIIe, wobei jeweils mangels passender Absorber, zwei Zugänge offen gelassen wurden.

Insbesondere bei Frequenzen um 35 GHz und etwas unterhalb von 40GHz zeigt das Ausführungsbeispiel etwa den erwarteten Frequenzgang: das einfallende Signal wird auf die Arme 7 und 8 aufgeteilt, während am Arm 9 nur ein stark geschwächtes Signal austritt. Die stark frequenzperiodischen Schwankungen des Signals an Arm 9 im gesamten Frequenzbereich deuten auf eine Überlagerung verschiedener Reflexionen hin, die zum Teil von den offen gelassenen Zugängen 7 und 8. zum Tei¹ aber auch von der nicht sorgfältig entworfenen Form der Koppelstrecke herrühren. Diese Reflexionen sind also bei einem sorgfältigen Aufbau reduzierbar.

Die Leistungsverluste dieses Ausführungsbeispiels nehmen, wie Fig. 3 zu entnehmen in, zu höheren Frequenzen hin ab. Etwas oberhalb von 40 GHz arbeitende Meßgeräte standen leider nicht zur Verfugung. Bei der Beurteilung des Leistungsverlustes von wenigen Dezibel bei 40 GHz ist zu berücksichtigen, daß darin die Ankopplungsverluste zwischen den Rechteckhohlleitern und den etwa halbrunden Zugängen des Ausführungsbeispiels enthalten sind. Das verwendete Streifenmaterial wurde oei diesem Ausführungsbeispiel nicht wieder herausgelöst, weil es dämpfungsarm genug ist, um die Wirkungsweise der Erfindung erkennen zu lassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Hohlleitern für die Übertragung elektromagnetischer Wellen im Leitungszug integrierter Mikrowellen-Schaltungsanordnungen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: